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源自：智能汽车研发者平台
经过桥接网络进行的面向数据包的通信已然确立起了的世界性标准。然而，原来的以太网不是确定性的，不适合实时应用。改善以太网实时性的一个处理方法是AVB/TSN。
以太网帧或IP包能够在区别的理学介质上透明地传输，由于以太网是与理学层解耦的。这寓意着，经过区别网络类型连接的设备能够毫无问题地相互通信，例如，在汽车中运用无线连接的移动tel和运用INICnet网络（ISO21806）的掌控单元（经过车辆的Telematic处理单元或网关）。IP数据包从发送方路由到接收方。
但传输时间、延迟、抖动和丢失的数据包怎么办？最初的以太网不是确定性的，亦便是说，没法掌控设备何时和多少许据被准许发送，亦没法掌控数据包的传输路线。两个设备之间的传输时间持续变化，倘若网络过载，数据包就会丢失。这种行径与必须保准低延迟的关键应用是不相容的。
供给低延迟和确定性的专有总线和网络技术只是一个有限的处理方法。所有市场的趋势是走向标准化和开放的技术，不与特定的制造商相联系。另外，标准技术既不需要特殊的专业知识，亦不需要繁杂和昂贵的网关。
图1 AVB系统一般基于区别标准和协议的组合
AVB处理方法
各界对以太网的弱点已然科研了非常多年。随着时间的推移，已然研发了各样处理方法来改善以太网的实时性，其中之一是AVB/TSN。AVB（音视频桥接）的专题是在2008年的一个IEEE工作组中起始的。当时，目的是改善以太网上时间关键的音频和视频数据的传输，经过以太网供给时间关键的音频和视频数据。AVB不仅包含IEEE 802.1BA标准，还包含以下标准（图1）。 用于时间同步的IEEE 802.1AS用于交换机中传输掌控和帧的中间缓冲的IEEE 802.1Qav用于音频和视频流的动态带宽分配的IEEE 802.1QatIEEE 1722传输协议用于动态配置支持AVB的网络和设备的IEEE 1722.1
该标准已于2011年完成并发布。它首要被用于各样多媒介应用，后来亦被用于工业分部，尤其是用于传输时间紧迫的命令或传感器数据。随着人们对非多媒介应用的AVB兴趣的增多，在IEEE成立了时间敏锐网络（TSN）工作组。TSN继承了AVB的标准，并在专业音视频、工业、汽车和航空航天等行业触及更广泛的应用。
在汽车行业，最初的AVB标准迄今仍在运用，但在某些状况下，TSN的修订版本已然在运用。本文重点触及AVB标准，它相当于TSN。
用gPTP进行时间同步
通用精确时间协议（gPTP - IEEE 802.1AS）是所有支持AVB的系统的一起基本。其目的类似于计算机行业的网络时间协议（NTP）。NTP保证计算机时钟与一个参考时钟同步，精度为毫秒。这般的精度针对计算机和服务器来讲是绝对够用的，但针对同步或时间紧迫的应用来讲就太不准确了。gPTP在以太网设备中供给了更精确的时间基本，一般在微秒范围内，最好乃至是纳秒。
图2 在时间同步过程中，gPTP基准和gPTP客户端之间的流程
gPTP基本上由两个机制构成：参考时间的分配和传输时间的计算（图2）。时间从一个或多个时间参考节点（按照IEEE标准的gPTP主节点）分配给一个或多个客户（按照IEEE标准的gPTP从节点）。与IEEE 1588的两周期程序类似，gPTP总是连续发送两个帧："SYNC "和 "Follow Up"。按照所包括的时间戳，客户机将其本地时钟重置为参考时间，这般网络中的所有设备就能以完全相同的时间为基本工作。然而，仅有同期思虑到网络上所需的传输时间，才可实现非常准确的时间基本。为此，所说的对等延迟测绘总是在直接相邻节点之间成对进行的。而后，每个节点测绘的传输时间的总和引起对等延迟值，经过该值修正gPTP时间。
传输协议
IEEE 1722-AVTP：音频视频传输协议是经过以太网AVB传输音频/视频数据以即时间关键型数据的标准传输协议。它是一个精简的ISO/OSI第二层协议，经过MAC位置对设备进行寻址。因此呢，无必要集成一个完整的IP协议栈。这有助于最大限度地减少项目和设计的规模、成本和繁杂性。
IEEE 1733-RTP/RTCP：RTP和RTCP（IETF RFC 3550）是基于IP的网络协议，用于经过以太网传输音频和视频数据。它们已然在所有工业和消费设备中运用了数年，如视频监控摄像机或InterCom设备。IEEE 1733是对RTP/RTCP的改进，用于与AVB同步传输，因此呢是基于IP的IEEE 1722的替代品。
流量整形
一个以太网网络一般由海量的终端（计算机、电子设备）和桥接器（交换机、网关等）构成。与所选取的传输协议无关，数据被封装在以太网帧中，从发送方经过几个桥接（hop）到接收方。帧的传输方式是不确定的。路由内的网桥以更快或更慢的速度转发帧（存储转发、直通）。在网络拥堵的状况下，帧有时会被缓冲必定的时间。在最坏的状况下，它们乃至可能丢失。
工业以及汽车系统需要低的、确定的延迟，最重要的是需要靠谱的传输，无帧丢失的危害。流量整形（IEEE 802.1Q--服务质量的一部分）被用于此目的。流量整形定义了网桥应如何按照优先级处理帧的策略。例如，有几个关于流量整形的标准，例如： IEEE 802.1Qav, 时间敏锐流的转发和排队加强（FQTSS），亦常被叫作为基于信用的整形（CBS）IEEE 802.1Qbv, 加强预定流量，一般亦被叫作为时间感知整形（TAS）IEEE 802.1Qch, 循环排队和转发IEEE 802.1Qcr, 异步流量整形
其中CBS和TAS重点应用于汽车行业。
经过基于信用的整形，每一个以太网设备收到一个信用，用于发送帧。只要信用仍然是正数，设备就能够继续传输。之后，它必须等待，直到信用被弥补。这种策略能够有效地利用带宽。无预先定义的时间槽。需要不定时发送数据的节点能够收集她们的信用并一次性用完。
用CBS配置AVB网络是相对简单的。相比之下，时间感知整形TAS策略是基于时隙模型的。它再也不基于要发送的数据量，而是基于传输的频率。节点再也不被准许在任何长度的时间内发送，但它们被保准准许非常有规律地发送。因此呢，能够实现一个显著更低和更确定的延迟。然而，Qbv的缺点是网络带宽并不总是被有效利用。倘若节点不运用她们的时间槽，这些槽以及带宽就会丢失。
与AVNU的互操作性
针对AVB的实施，系统架构师能够利用各样可用的组件。按照系统需求，能够实现AVB的区别子集。一方面，这对硬件组件是有帮忙的，但另一方面，它可能会引起互操作性问题，由于区别供应商的设备不支持完全相同的AVB功能。因为IEEE标准有时会被工程师们做出区别的解释，这使得状况更加繁杂。
AVNU联盟，即所说的以太网AVB功能和互操作性规范定义了汽车行业的AVB子集和关联参数的参考，这些参数应在每一个设备中实现，以保证供应商之间的互操作性。具备AVB功能的设备能够由测试机构进行外边测试，或在内部用特殊的测试设备进行AVNU兼容性测试。
AVB实践应用
在实践中，支持AVB的网络由几个部分构成：交换机、PHY和节点。为了达到预期的性能，所有的交换机和节点都必须支持AVB。经过IEEE标准、AVNU和OpenAlliance规范，来自区别制造商的PHY和交换机等组件此刻能够高度互操作。
然而，在终端节点实现音视频桥接仍然是一项繁杂而漫长的研发任务。系统一般是在SoC或高端微掌控器的基本上研发的，其中必须集成海量的软件：实时操作系统、Autosar和AVB协议栈，这常常还需要许可。一种替代方法是运用特殊芯片的AVB节点。这是一种集成为了AVB协议的智能以太网掌控器。因此呢，AVB做为一个基于硬件的处理方法立即变得简便，再也不需要软件研发。
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发表于 2024-8-31 07:33:12
